w październiku 2017 roku Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) świętuje sto dni zbierania danych naukowych na Księżycu. Sto księżycowych dni. To 100 możliwości obserwowania zmian z nocy na dzień, fotografowania powierzchni pod różnymi kątami słońca, mierzenia rosnących i spadających temperatur i badania sposobu, w jaki niektóre chemikalia reagują między innymi na dzienny cykl światła i temperatury. Ale możesz się zastanawiać…
co to jest księżycowy dzień?
co mamy na myśli mówiąc, że LRO był na Księżycu przez 100 dni księżycowych? Krótka odpowiedź brzmi: dzień to czas między dwoma zachodami słońca lub zachodami słońca. To 24 godziny na Ziemi, 708,7 godziny (29,53 dni ziemskich) na Księżycu. Obserwując miesięczny cykl faz księżyca, możemy zobaczyć dzień upływający na Księżycu, a od 16 października 2017 r.LRO obejrzało ten cykl 100 razy od rozpoczęcia misji eksploracyjnej i naukowej 15 września 2009 r.
ale jak to często bywa w astronomii, sytuacja jest trochę bardziej skomplikowana. Problem zaczyna się od przybicia definicji słowa Dzień.
w dowolnym miejscu na Ziemi lokalny dzień słoneczny to czas, w którym Słońce powraca do tego samego punktu na niebie. Aby być bardziej precyzyjnym, definiujemy linię na niebie, południk, który biegnie między północą a południem i przechodzi przez Zenit (punkt prosty). Lokalne południe to czas, kiedy słońce jest skoncentrowane na południku, a lokalny dzień słoneczny to czas między dwoma kolejnymi lokalnymi noonami.
długość tego rodzaju dnia zmienia się w ciągu roku. Obecnie może być nawet o 21 sekund krótszy lub o 29 sekund dłuższy niż 24 godziny. Zmiana ta wynika z ekscentryczności orbity Ziemi (orbita jest elipsą, a nie okręgiem) oraz skośności ekliptyki (oś Ziemi jest nachylona względem jej orbity).
abyśmy nie musieli cały czas resetować naszych zegarów, wygodnie jest zdefiniować średni dzień słoneczny, średnią lokalnego dnia słonecznego w ciągu całego roku. Średnia doba słoneczna trwa dokładnie 24 godziny. W rzeczywistości definiujemy godzinę jako 1/24 średniego dnia słonecznego.
średnia dnia słonecznego nie może być średnią z dowolnego roku. Ekscentryczność i skośność zmieniają się w czasie, a z powodu precesji równonocy efekt skośności przesuwa się przez kalendarz, naprzemiennie wzmacniając i anulując efekt ekscentryczności w ciągu dziesiątek tysięcy lat. Ziemia również zwalnia, głównie z powodu interakcji pływowych z Księżycem.
średni dzień słoneczny jest teoretycznym średnim lokalnym dniem słonecznym, obliczonym przez ustalenie mimośrodu, ukośności, precesji i szybkości rotacji do wartości w południe w Greenwich w Anglii, 31 grudnia 1899, przy użyciu teorii pozornego ruchu Słońca opracowanej przez Simona Newcomba w 1890 roku.
Mamy teraz niezwykle dokładne zegary atomowe. Definiujemy długość sekundy jako pewną liczbę fal w promieniowaniu z atomu cezu i mówimy, że średni dzień słoneczny wynosi 86400 z tych sekund. Dla ciągłości historycznej liczbę fal wybrano tak, aby ta sekunda była równa 1/86400 średniego dnia słonecznego zdefiniowanego przez teorię Newcomba.
pojęcie dnia słonecznego można rozszerzyć na inne ciała Układu Słonecznego, w tym na nasz Księżyc. Średni słoneczny dzień na Księżycu, w skrócie dzień księżycowy, to 29,5306 ziemskich dni. Lokalne dni księżycowe mogą różnić się nawet bardziej niż dni słoneczne na ziemi, o 6 godzin krócej lub 7 godzin dłużej niż średnia. 100 dni księżycowych obchodzonych przez LRO w październiku 2017 r. to średnie dni księżycowe.
ponieważ księżyc jest przywiązany do ziemi, zawsze pokazuje ziemię taką samą twarz. Oznacza to również, że obraca się z taką samą prędkością, jak orbituje. Dzień księżycowy trwa dokładnie tak długo, jak jedna kompletna Orbita względem słońca. Dzień księżycowy odpowiada również jednemu kompletnemu cyklowi faz widocznych z ziemi, więc dzień księżycowy jest taki sam jak miesiąc synodyczny.
w tym momencie nie powinno cię dziwić, że istnieją inne rodzaje dni (na przykład sidereal) i miesięcy (anomalistyczne i drakońskie, by wymienić dwa). Ale to historia na inny czas.